Diseño y análisis comparativo de un convertidor GaN LLC resonante de medio puente ultraaltamente eficiente y compacto para aplicaciones de baja potencia
Autores: Faizan, Muhammad; Wang, Xiaolei; Yousaf, Muhammad Zain
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Disponible con Suscripción Virtualpro
Artículos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
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Citaciones: Sin citaciones
Para aplicaciones de baja potencia, este documento presenta el desarrollo y diseño de un convertidor resonante LLC de medio puente compacto y ultra altamente eficiente. Mediante el uso de dispositivos de Nitruro de Galio (GaN) y magnéticos altamente eficientes, la eficiencia y la densidad de potencia de los convertidores resonantes pueden mejorarse. En comparación con los MOSFET de silicio, los transistores de alta movilidad electrónica de Galio (GaN HEMT) tienen una menor capacitancia de salida y carga de compuerta, lo que resulta en una menor pérdida de conducción y tiempos muertos más cortos. En consecuencia, el convertidor LLC propuesto basado en dispositivos GaN tiene características de rendimiento excelentes como ultra alta eficiencia, bajas pérdidas de conmutación, tamaño compacto, alta resistencia al voltaje, alta temperatura de operación y alta frecuencia de operación. Además, el convertidor resonante propuesto presenta propiedades de conmutación suave que garantizan que los interruptores y diodos en el lado primario siempre se conmutan a cero voltaje y corriente. Al hacerlo, las pérdidas de conmutación del convertidor resonante LLC se reducen significativamente hasta un 3.1%, y se logra una eficiencia general del 98.5%. El diseño del convertidor resonante LLC con GaN HEMT tiene grandes ventajas sobre la solución de MOSFET de Si en cuanto a eficiencia, pérdidas generales, pérdidas de conmutación y corrección del factor de potencia. Se simula un convertidor resonante LLC de medio puente de 240 W, 240 V a 60 V con GaN HEMT con una frecuencia de conmutación de 75 KHz, junto con el análisis comparativo de la solución de transistor de efecto de campo de óxido metálico de silicio (MOSFET). Además, se presenta el diseño y análisis de magnéticos altamente eficientes con un factor de potencia de 0.99 a plena carga. También se diseña un controlador LED de una etapa de 240 vatios con corrección del factor de potencia para verificar y comparar el rendimiento del convertidor resonante LLC propuesto.
Descripción
Para aplicaciones de baja potencia, este documento presenta el desarrollo y diseño de un convertidor resonante LLC de medio puente compacto y ultra altamente eficiente. Mediante el uso de dispositivos de Nitruro de Galio (GaN) y magnéticos altamente eficientes, la eficiencia y la densidad de potencia de los convertidores resonantes pueden mejorarse. En comparación con los MOSFET de silicio, los transistores de alta movilidad electrónica de Galio (GaN HEMT) tienen una menor capacitancia de salida y carga de compuerta, lo que resulta en una menor pérdida de conducción y tiempos muertos más cortos. En consecuencia, el convertidor LLC propuesto basado en dispositivos GaN tiene características de rendimiento excelentes como ultra alta eficiencia, bajas pérdidas de conmutación, tamaño compacto, alta resistencia al voltaje, alta temperatura de operación y alta frecuencia de operación. Además, el convertidor resonante propuesto presenta propiedades de conmutación suave que garantizan que los interruptores y diodos en el lado primario siempre se conmutan a cero voltaje y corriente. Al hacerlo, las pérdidas de conmutación del convertidor resonante LLC se reducen significativamente hasta un 3.1%, y se logra una eficiencia general del 98.5%. El diseño del convertidor resonante LLC con GaN HEMT tiene grandes ventajas sobre la solución de MOSFET de Si en cuanto a eficiencia, pérdidas generales, pérdidas de conmutación y corrección del factor de potencia. Se simula un convertidor resonante LLC de medio puente de 240 W, 240 V a 60 V con GaN HEMT con una frecuencia de conmutación de 75 KHz, junto con el análisis comparativo de la solución de transistor de efecto de campo de óxido metálico de silicio (MOSFET). Además, se presenta el diseño y análisis de magnéticos altamente eficientes con un factor de potencia de 0.99 a plena carga. También se diseña un controlador LED de una etapa de 240 vatios con corrección del factor de potencia para verificar y comparar el rendimiento del convertidor resonante LLC propuesto.